自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

摘 要：通過文獻(xiàn)查閱的方法大致闡述了自動(dòng)控制技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展歷程。以自動(dòng)控制技術(shù)在工業(yè)污水中的運(yùn)用為主要方向，詳細(xì)介紹了SBR法在污水處理中的運(yùn)用并對(duì)未來自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)做出預(yù)測(cè)。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制；污水處理；模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

Development and Application of Automatic Control Technology

- Treatment of industrial sewage

ZhuXin Gao

（College of Chemical Engineering， Sichuan University， Sichuan Province，610207）

ABSTRACT： The development of automatic control technology in China is outlined by means of literature review. Taking the application of automatic control technology in industrial sewage as the main direction， the application of SBR method in sewage treatment is introduced in detail， and the development trend of automatic control technology in the future is predicted.

Key words： automatic control， sewage treatment， fuzzy neural network

1.自動(dòng)控制技術(shù)的歷史

自動(dòng)控制技術(shù)的歷史十分久遠(yuǎn)，自它誕生之后，一直極廣泛地被運(yùn)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事以及日常生活中。伴隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們不再局限于規(guī)則的單變量定常系統(tǒng)，而是尋求對(duì)多輸入多輸出的復(fù)雜時(shí)變系統(tǒng)的控制。當(dāng)前社會(huì)通用的自動(dòng)控制技術(shù)大部分覆蓋了工業(yè) PC、PLC 以及 DCS[1]。在目前情況下來看，PLC處于自動(dòng)控制技術(shù)的主導(dǎo)地位。在現(xiàn)代，自動(dòng)化控制主要應(yīng)用在自動(dòng)處理工業(yè)過程的故障、提升自動(dòng)控制設(shè)計(jì)質(zhì)量和實(shí)驗(yàn)室的自動(dòng)化等。隨著時(shí)代變遷，將自動(dòng)控制技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、人工智能技術(shù)等相互融合將成為新時(shí)期自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)?，F(xiàn)代大系統(tǒng)與智能控制理論正是與網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)相接后的自動(dòng)控制理論發(fā)展新歷程。我國關(guān)于污水處理方面的自動(dòng)化控制發(fā)展較晚，但是經(jīng)過近30年的發(fā)展，自動(dòng)化控制水平有了顯著的提升和進(jìn)步。當(dāng)前我國常見的污水處理措施是：采用活性污泥、厭氧生物、生物膜、生物塘等相關(guān)物質(zhì)進(jìn)行處理[2]。

2.自動(dòng)控制技術(shù)的階段

自動(dòng)控制從技術(shù)上的大致上經(jīng)歷了三個(gè)階段：

1）PLC階段：PLC是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的一種工程控制的裝置：具有實(shí)時(shí)開關(guān)、適應(yīng)性較強(qiáng)以及抗擾、可互聯(lián)等優(yōu)勢(shì)。

2）DCS階段：DCS是計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)、CRT顯示技術(shù)相結(jié)合的一種控制技術(shù)[3]。其相較PLC階段，發(fā)展得更為全面靈活。

3）FCS階段：FCS控制是以DCS控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)發(fā)展而來的，同樣采用了中央控制分部的形式，但較于DCS具有更強(qiáng)的包容性，因?yàn)樗峭耆_放式的且全數(shù)字化。

3.目前污水處理中的不足

在目前的污水處理中，有一個(gè)比較顯著的問題是：采集的參數(shù)不足以準(zhǔn)確地反映實(shí)際情況。目前，大多數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是以水質(zhì)中的DO，PH值以及ORP等易于監(jiān)測(cè)、波動(dòng)較小的物質(zhì)或性質(zhì)作為參數(shù)來進(jìn)行判斷，而這些物質(zhì)并不能實(shí)時(shí)變化。在這樣的情況下，倘若遇到特殊的、危險(xiǎn)的污水生化反應(yīng)，將會(huì)導(dǎo)致巨大安全隱患。因此，如何改進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置，使其可以檢測(cè)出直接反映水質(zhì)情況的參數(shù)是不容忽視的。為了將自動(dòng)控制更為精確化和使其具有更強(qiáng)適應(yīng)性，智能化成為自動(dòng)控制技術(shù)的一個(gè)前途甚明的發(fā)展方向。其中包含的模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及專家控制都在污水處理上有具體的應(yīng)用。

4.控制方式在污水處理中的應(yīng)用

模糊控制主要指將已有的經(jīng)驗(yàn)表達(dá)成語言形式的一種規(guī)則。由于其能很好地將大量的知識(shí)簡單地表達(dá)，不拘于之前的固定的數(shù)學(xué)模型，對(duì)于復(fù)雜非線性的控制極為適宜，因而其在控制領(lǐng)域備受青睞。然而模糊控制在學(xué)習(xí)方面存在弱勢(shì)，于是人們便將其與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合組成了---神經(jīng)模糊控制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一項(xiàng)以學(xué)習(xí)、包容、自適和預(yù)測(cè)見長的技術(shù)，可以無限逼近和估測(cè)非線性關(guān)系。但它也有不足：表達(dá)知識(shí)較為緩慢。在將其與模糊控制結(jié)合后兩者相互彌補(bǔ)[4]。

目前，這種技術(shù)比較常見的應(yīng)用是SBR系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。序批式活性污泥法（SBR）是利用污泥中微生物的反應(yīng)活動(dòng)來清除污水中不利物質(zhì)的一種非常有效方法，該方法具有高清潔、高環(huán)保和低耗能的特點(diǎn)。一般來說，SBR工藝可以分為進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水、泥以及閑置這幾個(gè)階段[5]，其中反應(yīng)階段主要流程是曝氣。其中，神經(jīng)模糊控制最常被應(yīng)用于第二階段（曝氣）。當(dāng)我們對(duì)污水中的反應(yīng)情況進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，除了監(jiān)測(cè)水質(zhì)本身外就是污水中沉積物的情況。在沉積物中，往往存在大量的微生物，這些微生物在反應(yīng)過程中會(huì)消耗大量的氧氣，我們可以就此選取檢測(cè)參數(shù)。

控制變量和參數(shù)：生化需氧量可以反映污水中可被微生物分解的有機(jī)物總量；化學(xué)需氧量則表示不能被微生物分解的有機(jī)物總量。混合液揮發(fā)性懸浮固體是通過測(cè)定單位體積污水中有機(jī)性固體的質(zhì)量來反映微生物的濃度。溶解氧濃度決定了微生物的生長速率，它可由曝氣量控制。微生物的濃度則決定了污水中的有機(jī)物能否被完全分解以達(dá)到凈水的目的。

在實(shí)行自動(dòng)控制時(shí)，我們常以曝氣量作為控制量，而溶解氧濃度則是作為被控制的量。系統(tǒng)可以從各種傳感器中獲得信號(hào)，以此為依據(jù)去檢查運(yùn)行的狀態(tài)，之后推斷出一個(gè)更為適宜的濃度。在這之后，專家系統(tǒng)會(huì)把這個(gè)數(shù)據(jù)返還給模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會(huì)把當(dāng)前狀態(tài)與通過網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)方式得到狀態(tài)的進(jìn)行比較，判斷該值的變化情況。專家系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前所獲參量以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)的曝氣池狀態(tài)判斷是否采用這個(gè)溶解氧濃度。當(dāng)然。如果估測(cè)結(jié)果不是所希望的，那么專家系統(tǒng)將繼續(xù)給出一個(gè)濃度，重新進(jìn)行另一次測(cè)試，直到最終找到適宜的溶解氧濃度。

5.結(jié)語

隨著自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，我們擁有更加完備的控制系統(tǒng)和更智能化的運(yùn)行模式。在自動(dòng)化突破舊規(guī)搭上了計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的快車之后，就注定會(huì)開啟一段新的旅程。雖然自動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了一定的階段，也有了頗豐的成就，但是未來的路依舊漫長與崎嶇，尚需我們靜下心來拓寬視野、打下基礎(chǔ)、細(xì)細(xì)思索、邁開腳步。

參考文獻(xiàn)：

[1].黃超.自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)研究[J].電腦迷，2017（04）：69.

[2].趙利梅，趙利君.自動(dòng)控制系統(tǒng)在污水處理中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016（23）：140.

[3].李國偉.論污水廠節(jié)能降耗自動(dòng)控制技術(shù)[J].科技視界，2018（04）：226-227.

[4].陳擁軍，張鳳翥.模糊控制與神經(jīng)控制的比較[J].北方交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，23（2）：49-51.

[5].高文琪，吳守霞.自動(dòng)控制在污水生物處理技術(shù)中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2015（01）：117-118.

作者簡介：

高竹馨（2000.3.27），女，漢，四川省天全，本科，研究方向：過程裝備與控制工程